Corrélats neuronaux du manque de nourriture et de l'obésité provoqués par le stress et les signaux alimentaires (2013)

. 2013 Feb; 36 (2): 394 – 402.

Publié en ligne 2013 Jan 17. est ce que je:  10.2337 / dc12-1112

PMCID: PMC3554293

Association avec les niveaux d'insuline

Ania M. Jastreboff, MD, PHD,1,2 Rajita SinhaPHD,3,4,5 Cheryl Lacadie, BS,6 Dana M. SmallPHD,3,7 Robert S. Sherwin, MD,1 et Marc N. Potenza, MD, PHD3,4,5

Abstract

OBJECTIF

L'obésité est associée à des altérations des régions cérébrales corticolimbiques et striatales impliquées dans la motivation et la récompense alimentaires. Le stress et la présence de signaux alimentaires peuvent chacun motiver à manger et engager neurocircuit corticolimibic-striatal. On ignore comment ces facteurs interagissent pour influer sur les réponses cérébrales et si ces interactions sont influencées par l'obésité, les taux d'insuline et la sensibilité à l'insuline. Nous avons émis l’hypothèse que les individus obèses montreraient de plus grandes réponses dans les circuits neuronaux corticolimbiques-striataux après une exposition au stress et à des signaux alimentaires et que les activations cérébrales seraient corrélées à l’envie subjective d’aliments, aux taux d’insuline et à HOMA-IR.

CONCEPTION DE RECHERCHE ET MÉTHODES

Les taux d'insuline à jeun ont été évalués chez des sujets obèses et maigres exposés à un stress individualisé et à des signaux de nourriture préférés au cours d'une IRM fonctionnelle.

RÉSULTATS

Les individus obèses, mais non maigres, ont présenté une activation accrue dans les régions striatale, insulaire et hypothalamique au cours de l'exposition à des aliments préférés et à des signaux de stress. Chez les individus obèses mais pas maigres, les besoins alimentaires, l'insuline et les taux d'HOMA-IR étaient corrélés positivement avec l'activité neurale dans les régions cérébrales corticolimbiques et striatales lors des signaux de nourriture préférée et de stress. La relation entre la résistance à l'insuline et le besoin alimentaire chez les personnes obèses était influencée par l'activité dans les régions de motivation-récompense, y compris le striatum, l'insula et le thalamus.

CONCLUSIONS

Ces résultats démontrent que les individus obèses, mais pas maigres, présentent une activation corticolimbique-striatale accrue en réponse à des signaux de nourriture et de stress préférés et que ces réponses cérébrales jouent un rôle médiateur dans la relation entre HOMA-IR et le besoin impérieux de nourriture. En améliorant la sensibilité à l'insuline et en réduisant la réactivité corticolimbique-striatale aux signaux alimentaires et au stress, il est possible de réduire le besoin alimentaire et d'affecter le comportement alimentaire face à l'obésité.

L’obésité est un problème de santé publique mondial qui prédispose plus de 500 millions de personnes dans le monde () à des maladies chroniques telles que le diabète de type 2 et les maladies cardiovasculaires (). Le rôle du système nerveux central dans l'obésité est actuellement étudié à l'aide de techniques sophistiquées de neuroimagerie permettant d'étudier le fonctionnement du cerveau humain (,). Les signaux alimentaires et le stress, deux facteurs environnementaux ayant une incidence sur les comportements alimentaires (,), induisent des comportements différents (,-) et les réponses neurales (-) chez les obèses par rapport aux individus maigres. Ces altérations neuronales incluent, sans toutefois s'y limiter, le striatum (), une structure impliquée dans le traitement récompense-motivation et la réactivité au stress () et l’insula, impliquée dans la perception et l’intégration de sensations telles que le goût (), dans le corps () en réponse à des signaux alimentaires (,,) et des événements stressants (). Il a été suggéré que les différences dans ces régions neurales chez les individus obèses () peut être associé à une plus grande envie de nourriture () et des comportements alimentaires dérégulés (), affectant peut-être le choix et la consommation d'aliments (,,). Ainsi, les nouvelles interventions en matière d'obésité peuvent être facilitées en permettant de mieux comprendre dans quelle mesure d'autres facteurs associés à l'obésité (facteurs hormonaux et métaboliques, par exemple) peuvent être liés aux mécanismes neuronaux sous-jacents aux réponses au stress et aux signaux de signal alimentaire, ainsi qu'en quoi ces différences peuvent affecter les aliments. rechercher des motivations, telles que le besoin de nourriture.

Les signaux hormonaux et les facteurs métaboliques régulent l'homéostasie énergétique par des actions centrales et périphériques (). Dans le contexte de l'obésité, des altérations des taux d'insuline et de la sensibilité à l'insuline se produisent fréquemment () et peuvent perpétuer une physiologie et un comportement mésadaptés (). Il a été suggéré que la résistance à l'insuline centrale pourrait être un facteur important contribuant à une modification de la motivation à manger et à une modification des voies de motivation-récompense (). En effet, les récepteurs à l'insuline sont exprimés dans les régions homéostatiques du cerveau, telles que l'hypothalamus (), ainsi que les régions de motivation-récompense liées aux comportements liés à l’alimentation, y compris la zone tegmentale ventrale (VTA) et la substantia nigra (SN) (SN)), deux structures qui transmettent des signaux via des neurones dopaminergiques aux régions cérébrales corticales, limbiques et striatales (). Ce point de vue est également corroboré par des études menées chez des rongeurs et des humains. Des souris knock-out spécifiques aux récepteurs de l'insuline et aux neurones développent une hyperinsulinémie et une résistance à l'insuline en conjonction avec l'obésité induite par le régime alimentaire (). Chez l'homme, il a été rapporté que la force de la connectivité réseau au repos dans le putamen et le cortex orbitofrontal (OFC) était en corrélation positive avec les niveaux d'insuline à jeun et négativement avec la sensibilité à l'insuline (), et la capacité de l'insuline à augmenter l'absorption de glucose dans le striatum ventral et le cortex préfrontal était diminuée chez les sujets insulinorésistants (). De plus, en réponse aux images de nourriture, les individus obèses atteints de diabète de type 2 ont présenté une activation accrue de l'insuline, de l'OFC et du striatum par rapport aux individus non atteints de diabète de type 2 (). Des corrélations ont également été constatées entre les mesures d’observance et d’efficacité et les activations dans l’insula et l’OFC et entre l’alimentation émotionnelle et les activations dans l’amygdale, le caudé, le putamen et le noyau accumbens ().

Cependant, on ne sait pas si les différences de niveaux d'insuline et de sensibilité à l'insuline affectent les réponses du cerveau humain lors de l'exposition à des stimuli fréquents tels que les signaux alimentaires et les événements stressants, et si de telles réponses neurales influencent les fringales susceptibles d'engendrer des comportements alimentaires. Nous avons émis l’hypothèse que les individus obèses, mais pas maigres, présenteraient des réponses neuronales accrues dans les circuits neuro-motivation-récompense qui englobent les processus d’intégration sensorielle et somatique-interoception (corticale), de mémoire émotion (limbique) et de motivation-récompense (striatal) -exposition d'images à la nourriture favorite, au stress et aux signaux de relaxation neutres; que ces réponses neuronales seraient corrélées au besoin alimentaire, aux niveaux d'insuline et à la résistance à l'insuline (évaluée par l'évaluation par l'homéostasie de la résistance à l'insuline [HOMA-IR]); et que la relation entre la résistance à l'insuline et le besoin alimentaire serait médiée par les activations cérébrales régionales.

CONCEPTION DE RECHERCHE ET MÉTHODES

Hommes et femmes, âgés entre 19 et 50, avec un IMC ≥30.0 kg / m2 (groupe obèse) ou 18.5 – 24.9 kg / m2 (groupe maigre), qui étaient par ailleurs en bonne santé, ont été recrutés via une publicité locale. Les critères d'exclusion comprenaient les conditions médicales chroniques, les troubles psychiatriques (critères DSM-IV), les blessures ou maladies neurologiques, la prise de médicaments sur ordonnance, le QI <90, le surpoids (25.0 ≤ IMC ≤ 29.9 kg / m2), incapacité de lire et d’écrire en anglais, grossesse et claustrophobie ou présence de métal dans le corps incompatible avec l’imagerie par résonance magnétique (IRM). L'étude a été approuvée par le comité d'enquête sur les humains de Yale. Tous les sujets ont fourni un consentement éclairé signé.

Évaluation biochimique

Un jour d'évaluation avant la session d'IRM fonctionnelle (IRMf), des échantillons de sang permettant de mesurer les taux plasmatiques d'insuline et de glucose à jeun ont été obtenus sous 8: 15 am et conservés à -80 ° C. Le glucose (glycémie plasmatique à jeun [FPG]) a été mesuré en utilisant le réactif au glucose de Delta Scientific (Henry Schein) et de l'insuline en utilisant un dosage radioimmunologique à double anticorps (Millipore [auparavant Linco]). Chaque échantillon a été traité en double pour vérification. HOMA-IR a été calculé comme suit: [glucose (mg / dL) x insuline (μU / mL)] / 405. La neuroimagerie a été réalisée dans les jours 7 suivant l’acquisition des données de laboratoire.

Développement de script d'imagerie

Avant la session IRMf de chaque individu, des scripts d’imagerie guidée pour les signaux favoris, le stress et les conditions de détente neutres étaient élaborés à l’aide de méthodes préalablement établies (). Des scripts personnalisés ont été développés car les événements personnels déclenchent une plus grande réactivité physiologique et génèrent des réactions émotionnelles plus intenses que l’imagerie de situations non personnelles standardisées (). (Voir Données supplémentaires et Tableau supplémentaire 7 pour des exemples d'aliments inclus dans les indices de nourriture préférée et un exemple de script d'indication de nourriture préférée, ainsi que des matériaux supplémentaires dans Jastreboff et al. [] pour les scripts de stress représentatifs et les scripts neutres-relaxants.)

session IRMf

Les participants se sont présentés pour la prise de vue dans l'après-midi sur 1: 00 pm ou 2: 30 pm avec les instructions pour avoir mangé ~ 2 h avant la session de numérisation de manière à ne pas avoir faim intense ni être rassasié. Nous avons évalué les cotes de faim subjectives avant et après les séances d'analyse; il n'y avait pas de différence statistiquement significative entre les moyennes des deux groupes [t(46) = 1.15, P > 0.1]. Chaque participant a été acclimaté dans une salle de test aux aspects spécifiques des procédures de l'étude IRMf. Les sujets ont été placés dans le scanner IRM et ont subi une IRMf au cours d'une session de 90 minutes. Dans un ordre contre-équilibré aléatoire, ils ont été exposés à leur nourriture préférée, au stress et à des conditions d'imagerie relaxantes neutres. Six essais d'IRMf (deux par condition) ont été acquis en utilisant un plan de bloc avec chacun une durée de 5.5 min. Chaque essai comprenait une période de base silencieuse de 1.5 min suivie d'une période d'imagerie de 2.5 min (dont 2 min pour imaginer leur histoire spécifique telle qu'elle leur était jouée à partir d'un enregistrement audio précédemment réalisé et 0.5 min de temps d'imagerie calme pendant lequel ils a continué à imaginer l'histoire en étant allongé en silence) et une période de récupération silencieuse d'une minute.

Validation du paradigme de l'imagerie guidée

Pour évaluer les réponses subjectives aux conditions d'imagerie de stress, des évaluations d'anxiété ont été obtenues auprès des sujets avant et après chaque script d'imagerie. Pour évaluer l’anxiété, les participants ont été interrogés comme précédemment () pour évaluer la tension, l’anxiété et / ou la nervosité qu’ils ressentaient en utilisant l’échelle de points Likert 10 avant et après chaque essai IRMf. Chez les sujets obèses et maigres, l’évaluation de l’anxiété a augmenté après l’état de stress [obèse: F(1.96) = 7.11, P <0.0001; maigre: F(1.96) = 6.94, P <0.0001]. Il n'y avait aucune différence dans les évaluations d'anxiété entre les groupes au départ [F(1.48) = 0.13, P = 0.72] ou après imagerie [F(1.48) = 0.23, P = 0.64]. De plus, des évaluations subjectives de la vivacité ont été obtenues, les sujets indiquant dans quelle mesure ils étaient capables de visualiser chacune de leurs histoires individuelles dans le scanner. Il n'y avait pas de différence entre les groupes dans les évaluations de la vivacité de l'image [t(4) = 1.3, P = 0.26].

Acquisition IRMf et analyses de données statistiques

Les images ont été obtenues au centre de recherche en résonance magnétique de Yale à l'aide d'un système IRM Trio Siemens 3-Tesla équipé d'une bobine de tête à quadrature standard, ainsi que d'une séquence d'impulsions écho-planaires à un coup rappelées par le gradient et sensibles à T2 *. Voir Données supplémentaires pour plus de détails sur l'acquisition et l'analyse par IRMf. Pour les statistiques descriptives, les différences entre les groupes dans les mesures subjectives et cliniques ont été testées en utilisant t test, Fisher exact et2 tests. Nous avons utilisé la macro SPSS avec le bootstrap 10,000 pour estimer les modèles de médiation ().

RÉSULTATS

Données démographiques de groupe et paramètres métaboliques à jeun

Cinquante volontaires sains obèses et maigres ont été appariés individuellement en fonction de leur âge (années moyennes 26), de leur sexe (38% féminin), de leur race (68% de race blanche) et de leur niveau d’éducation (Tableau supplémentaire 1). Le groupe obèse (N = 25) avait une moyenne ± SD BMI de 32.6 ± 2.2 kg / m2et le groupe maigre (N = 25) avait un IMC moyen de 22.9 ± 1.5 kg / m2. Bien qu'aucun diabète n'ait été diagnostiqué chez les sujets, les sujets obèses et maigres différaient quant à la résistance à l'insuline, évaluée par HOMA-IR [moyenne du groupe obèse 3.8 ± 1.4 et du groupe maigre 2.5 ± 1.0, t(41) = −3.42, P = 0.0013] et niveaux d'insuline à jeun [groupe obèse 16.3 ± 5.8 μU / mL et 11.1 maigre ± 3.7 μU / mL, t(33.7) = −3.53, P = 0.0012]. Les niveaux de glycémie à jeun ne différaient pas entre les groupes [t(41) = −1.34, P = 0.19] (Tableau supplémentaire 1).

Cartes cérébrales de contraste: les individus obèses présentent des réponses neurales accrues dans les régions corticolimbiques et striatales

Comme on pouvait s'y attendre, les groupes maigres et obèses ont montré une activation des régions corticolimbiques et striatales en réponse au stress et aux conditions de prédilection des aliments préférés et uniquement une activation corticale thalamique et auditive au cours de la condition de relaxation neutre (P <0.01, erreur familiale [FWE] corrigée (Fig. Supplémentaire 1). Sur les cartes de contraste des activations neuronales des sujets obèses par rapport aux sujets maigres, il n'y avait pas de différence d'activation moyenne entre les groupes en réponse à la condition de relaxation neutre. Ainsi, la condition de relaxation neutre a été utilisée comme état de comparaison actif dans les contrastes entre les groupes, comme dans les études antérieures (). Les individus obèses ont présenté une activation neuronale accrue correspondant aux signaux alimentaires préférés, par rapport à l'état de relaxation neutre, dans le putamen, l'insula, le thalamus, l'hypothalamus, le parahippocampe, le gyrus frontal inférieur (IFG) et le gyrus temporal moyen (MTG), tandis que les individus maigres n’a pas démontré d’activation accrue dans ces régions (P <0.01, FWE corrigé) (Fig. 1A). Au cours de l'exposition au stress par rapport à la relaxation neutre, encore une fois, les individus obèses mais non maigres ont présenté une activation accrue du putamen, du insula, de l'IFG et du MTG (P <0.01, corrigé FWE) (Fig. 1B et Tableau supplémentaire 2). Une comparaison des sujets obèses par rapport aux sujets maigres au cours de l’état de prédilection de la nourriture favorite a montré une activation relativement accrue du striatum (putamen), de l’insula, de l’amygdale, du cortex frontal incluant la région de Broca et du cortex prémoteur. Dans les conditions de stress, les individus obèses par rapport aux individus maigres ont présenté une plus grande activation dans l'insula, le gyrus frontal supérieur et le gyrus occipital inférieur (Fig. Supplémentaire 2).

Figure 1 

Différences de réponse neuronale au sein du groupe en ce qui concerne les contrastes d’états de signal Tranches de cerveau axiales dans les groupes obèses et maigres de différences d’activation neuronale observées dans les contrastes comparant le signal de nourriture préféré aux conditions de relaxation neutres (A) et le stress par rapport à ...

Cartes cérébrales de corrélation: la résistance à l'insuline est en corrélation avec les réponses neurales observées chez les individus obèses

Pour examiner l'incidence de la résistance à l'insuline sur l'activation cérébrale observée avec les signaux alimentaires préférés et les événements stressants, nous avons utilisé des analyses de corrélation à base de voxel pour le cerveau entier, afin d'examiner l'association entre HOMA-IR, l'insuline à jeun et les niveaux de FPG avec la variabilité individuelle dans réponses neuronales à ces conditions de signal. Les corrélations les plus robustes entre les conditions de signal de nourriture préférée et de stress ont été observées avec HOMA-IR. Chez les individus obèses mais non maigres, les valeurs de HOMA-IR étaient en corrélation positive avec les activations neuronales dans les régions corticolimbiques-striatales dans chaque condition de repère. Plus précisément, des corrélations positives ont été trouvées avec l’activation neurale dans le putamen, l’insula, le thalamus et l’hippocampe au cours de l’état de prédilection de l’alimentation (Fig. 2A et Fig. Supplémentaire 3A) dans le putamen, le caudé, l’insula, l’amygdale, l’hippocampe et le parahippocampe au cours de la situation de stress-cue (Fig. 2B et Fig. Supplémentaire 3A) et dans le putamen, le caudé, l'insula, le thalamus et le cingulaire antérieur et postérieur pendant la condition de relaxation neutre (Fig. Supplémentaire 3A et Tableau supplémentaire 3).

Figure 2 

Analyses de corrélation basées sur le voxel dans le cerveau entier avec HOMA-IR. Les coupes axiales du cerveau et les diagrammes de dispersion correspondants montrent les corrélations entre l'activation neuronale (poids β) dans le groupe des obèses lors de la condition de signal de nourriture préférée avec HOMA-IR (A) et ...

Il n’est donc pas surprenant que les niveaux d’insuline à jeun chez les individus obèses, mais pas maigres, soient positivement corrélés dans des régions similaires à celles corrélées à HOMA-IR. En outre, des corrélations positives avec les niveaux d'insuline ont été trouvées dans l'état de stress avec activation du striatal ventral et de l'amygdalar, et une corrélation positive avec l'état de relaxation neutre avec activation du striatal ventral (Fig. Supplémentaire 3B). En outre, les niveaux de glycémie à jeun chez les individus obèses étaient corrélés positivement avec les activations lors de l’état de prédilection de la nourriture dans le putamen et le thalamus et lors de la condition de relaxation neutre dans le putamen, le caudé, l’insula, le thalamus et le cingulum antérieur et postérieur (Fig. Supplémentaire 3C et Tableau supplémentaire 3).

Le besoin de nourriture augmente après les signaux de nourriture préférée et les signaux de stress

Pour évaluer les réponses subjectives, on a obtenu des évaluations du besoin alimentaire avant et après chaque essai d'imagerie sur une échelle allant de 0 à 10. Avant chaque essai d’imagerie, il n’existait aucune différence dans les cotes initiales de soif des aliments entre les groupes obèses et maigres [F(1.46) = 0.09, P = 0.76]. Lorsque les envies de nourriture étaient comparées après des conditions d'imagerie, il y avait un effet de condition significatif [F(1.92) = 34.68, P = 0.0001] (aide-mémoire préféré, obèse 6.1 ± 2.9, 5.8 maigre ± 2.7; contrainte, obèse 4.4 ± 3.2, maigre 3.1 ± 2.2; et queue homogène relaxante, obèse 3.9 ± 3.4, Xian 3.4, lean 2.4 effet principal du groupe [F(1.46) = 0.99, P = 0.32] ou effet d'interaction groupe par condition [F(1.92) = 1.34, P = 0.27)]. Il y a eu une augmentation des estimations du besoin de nourriture après le signal de nourriture préféré par rapport aux conditions de relaxation neutres [t(92) = 7.33 P <0.0001] et après le signal d'aliment préféré par rapport aux conditions de stress [t(92) = 7.09, P <0.0001] et aucune différence significative après le stress par rapport aux conditions de relaxation neutre [t(92) = 0.25, P = 0.81].

Cartographie cérébrale de corrélation: les réponses subjectives du désir alimentaire aux signaux de prédilection des aliments et aux conditions de stress sont en corrélation positive avec les activations dans les régions cortico-limbales-striatales chez les individus obèses

Pour étudier le lien entre les réponses neuronales et le besoin impérieux de nourriture, nous avons examiné l’association entre les cotes de besoin impérieux d’aliments déclarées par chaque individu et les réponses neuronales aux signaux de prédilection des aliments et aux conditions de stress. Chez les individus obèses mais non maigres, l’envie de manger en réponse au signal de nourriture préféré et aux conditions de stress étaient en corrélation positive avec les activations dans de multiples régions corticolimbiques-striatales (Fig. 3, Fig. Supplémentaire 4et Tableau supplémentaire 4).

Figure 3 

Analyses de corrélation basées sur le voxel et le cerveau entier avec le besoin impérieux de nourriture. Des coupes de cerveau axiales montrant des corrélations entre les cotes d'appétit et l'activation neuronale dans l'état de stress chez les obèses (A) et maigre (B) groupes (seuillés à P <0.05, ...

Les régions du cerveau en corrélation avec le besoin alimentaire et la résistance à l'insuline: effets de médiation

Enfin, nous avons évalué si la résistance à l'insuline était corrélée au besoin de nourriture dans chaque condition et si ces relations étaient médiées par les réponses neurales. Les taux de HOMA-IR corrélés avec les cotes de l’état de manque lors de l’exposition à des aliments préférés chez les sujets obèses (r2 = 0.20; P = 0.04) mais pas les individus maigres (r2 = 0.006; P = 0.75) (Fig. 4A). Les taux d’HOMA-IR n’étaient pas corrélés au besoin de nourriture dans le stress (obèse: r2 = 0.12, P = 0.12; maigre: r2 = 0.003, P = 0.82) ou neutre-relaxant (obèse: r2 = 0.04, P = 0.38; maigre: r2 = 0.004, P = 0.80) conditions.

Figure 4Figure 4 

Modèle de médiation: les régions du cerveau qui se chevauchent médiatisent l'effet observé entre HOMA-IR et le besoin impérieux de nourriture chez les individus obèses. A: Corrélation entre les niveaux de HOMA-IR et les cotes de soif de nourriture chez les groupes obèses et maigres. B: Régions de neurones qui se chevauchent ...

Pour examiner si le besoin impérieux d’alimentation modulé par la résistance à l’insuline via les réponses neurales, nous avons d’abord évalué le chevauchement spécifique dans les régions qui étaient communes dans leurs associations neuronales à l’insulinorésistance et au besoin impérieux d’alimentation. Chez les sujets obèses, l’activité dans le thalamus et la VTA / SN étaient corrélées à la fois à la résistance à l’insuline et à la soif de nourriture dans l’état de prédilection d’un aliment (Fig. 4B et Tableau supplémentaire 5). Des tendances similaires ont été observées pour le putamen et l'insula dans l'état de stress et pour le thalamus, le caudé, le putamen et l'insula dans l'état neutre-relaxant (Fig. 4B et Tableau supplémentaire 5). Nous n'avons pas trouvé de telles régions qui se chevauchent chez les sujets maigres.

Ensuite, nous avons examiné si les relations entre HOMA-IR et le besoin alimentaire étaient liées aux imbrications régionales chevauchées du cerveau qui étaient corrélées à la fois avec HOMA-IR et avec le besoin alimentaire (Fig. 4C). Les analyses de médiation statistique peuvent être utilisées pour examiner la relation entre deux variables et déterminer dans quelle mesure une troisième variable potentiellement intervenante peut être responsable de la relation observée (). En d'autres termes, nous avons examiné si les activations neuronales observées dans les régions cérébrales corticolimbiques-striatales médiaient statistiquement la relation entre HOMA-IR et le besoin impérieux de nourriture chez les participants obèses. Comme indiqué par un effet indirect significatif (a × b chemin) valeurs (Tableau supplémentaire 6), la relation entre HOMA-IR et la soif de nourriture était médiée par les réponses neuronales dans le thalamus, le tronc cérébral (y compris la VTA / SN) et le cervelet dans l’état de prédilection d’un aliment préféré, ainsi que dans le putamen et l’insula dans un état de stress.

CONCLUSIONS

Nous avons observé des activations corticolimbiques-striatales frappantes chez des individus obèses, mais non maigres, en réponse au signal de nourriture préféré et au stress par rapport aux conditions de relaxation neutre. Les réponses neuronales dans ces régions lors de l’exposition à des signaux alimentaires concordent avec les études précédentes (,,,). Les réponses neuronales plus prononcées observées chez les sujets obèses dans les régions du cerveau impliquées dans la motivation-récompense, la mémoire-émotion, le traitement du goût et l'interception sont corrélées à l'HOMA-IR, une mesure de la résistance à l'insuline, ainsi qu'à l'hyperinsulinémie. De plus, ces réponses neuronales ont statué de manière statistique sur la relation entre résistance à l'insuline et appétit alimentaire chez les personnes obèses, suggérant que, chez les personnes obèses, la résistance à l'insuline peut avoir un impact direct ou indirect sur les voies neuronales conduisant le désir de consommer des aliments préférés, souvent très caloriques.

Nos résultats concordent avec les travaux antérieurs et développent ceux-ci, qui montrent que l’insuline agit comme un signal régulateur du système nerveux central concernant la prise de nourriture et le poids,). Conforme aux données impliquant les voies de récompense hypothalamus et dopaminergique dans l’obésité et les actions de l’insuline (-), 1) les sujets obèses ont présenté une activation accrue dans les régions corticolimbiques et striatales, y compris le striatum (le putamen et le caudé), l’insula et le thalamus, et 2) la magnitude de la résistance à l'insuline, telle qu'évaluée par HOMA-IR, est positivement corrélée à l'activation du striatum et de l'insula en réponse à la fois aux signaux de prédilection des aliments et aux conditions de stress chez les individus obèses. Ces données sont corroborées par des travaux antérieurs montrant que les modifications de la sensibilité à l'insuline dans la VTA modifient les réponses en aval des projections au striatum () métabolisme du glucose stimulé par l'insuline dans le striatum ventral est diminué chez les sujets insulinorésistants () L’activation insulaire et hippocampique en réponse à des signaux alimentaires est directement liée à l’hyperinsulinémie (). Considérées dans leur ensemble, ces observations pourraient avoir d'importantes conséquences cliniques sur les comportements liés aux aliments et suggérer que la résistance à l'insuline pourrait nuire à la capacité de l'insuline à supprimer les mécanismes de promotion, accentuant ainsi les réponses neuronales liées au stress et aux signaux alimentaires chez les individus obèses.

Les évaluations subjectives de l'appétit alimentaire auto-déclarées, qui dépendent des perceptions individuelles, ne se sont pas révélées statistiquement significativement différentes chez les personnes obèses et minces. En outre, les sujets obèses et maigres ont identifié des aliments préférés remarquablement similaires pour leurs signaux individualisés d'aliments préférés (Tableau supplémentaire 7), la majorité des aliments étant riches en matières grasses et en calories. Ainsi, les différences observées ne concernent pas les aliments souhaités, mais plutôt la manière dont ces informations sont traitées et interprétées et, vraisemblablement, les comportements de consommation qui en résultent après une exposition réelle aux signaux de prédilection des aliments. Il est toutefois intéressant de noter que les taux de HOMA-IR chez les individus obèses, mais non maigres, étaient en corrélation avec les évaluations de l'état de besoin impérieux lié aux aliments préférés. En accord avec cette observation, lorsque nous avons examiné les activations de la région cérébrale en corrélation avec les évaluations de HOMA-IR et de l'état de manque de nourriture, nous avons trouvé des régions de cerveau qui se chevauchent chez des individus obèses mais non maigres. Ces régions comprennent non seulement la VTA et le SN, mais également le striatum, l’insula et le thalamus, qui contribuent respectivement au traitement de la récompense-motivation et à la réactivité au stress (), la signalisation de goût et interoceptive (,), et le relais des informations sensorielles périphériques au cortex (). Ces données suggèrent que la résistance à l'insuline, et / ou les conséquences de la résistance à l'insuline, peuvent amplifier ou sensibiliser les réponses dans les circuits neuronaux qui affectent le besoin impérieux d'aliments très désirés et finissent par influer sur le gain de poids. La relation significative entre l'insuline et les taux d'HOMA-IR avec l'appétit et les activations cérébrales observées chez les personnes obèses, mais non maigres, peut être liée à un manque de variabilité des niveaux d'insuline chez les individus maigres et / ou à d'autres facteurs contribuant de manière importante à l'état de manque .

Données corroborent les associations entre un stress incontrôlable élevé, un stress chronique, un IMC élevé et un gain de poids (,). Le stress influence les comportements alimentaires (,), une fréquence croissante de consommation de fast-food (), des collations () et des aliments riches en calories et très appétissants (), et le stress a été associé à une prise de poids accrue (). Dans notre étude, lors de l’exposition au stress, les scores d’état de manque alimentaire chez les individus obèses, mais non maigres, étaient en corrélation positive avec l’activation chez le caudé, l’hippocampe, l’insula et le putamen. Ces différentes relations suggèrent que les fringales liées au stress sont motivées par des corrélats neuronaux distincts chez les individus obèses et laissent à penser que cette différence peut augmenter le risque de consommation d'aliments recherchés très agréables en période de stress chez les individus obèses. Ces résultats sont cohérents avec les données suggérant que l’alimentation liée au stress est exacerbée chez les femmes obèses (), alors que l’alimentation induite par le stress semble avoir un effet incohérent sur la consommation alimentaire des personnes maigres (). Après avoir été exposés à un stress psychologique, les personnes en surpoids et saturées ont davantage envie de desserts et de collations et ont un apport calorique plus élevé que les personnes minces dans des conditions identiques (). Comparativement aux individus ayant un IMC bas, ceux avec un IMC élevé démontrent des associations plus fortes entre le stress psychologique et le gain de poids futur (). Prises ensemble, ces études et nos résultats suggèrent que les personnes obèses pourraient être plus vulnérables au stress et à la consommation alimentaire liée au stress et à la prise de poids ultérieure. Etant donné que les envies de nourriture préférées et les envies de stress induites par le stress sont en corrélation avec l'activation neurale corticolimbique-striatale, il serait pertinent, dans les études futures, de simuler des situations réelles de stress élevé pour examiner le fonctionnement des circuits neuronaux lorsque des personnes obèses sont exposées simultanément facteurs de stress de la vie aigus et signaux de prédilection.

Enfin, il convient de noter que les personnes obèses présentant des signes de résistance à l'insuline ont présenté des modifications de leur envie de manger, même dans un état de détente. Les activations corticolimbiques-striatales observées chez les obèses au cours de l’état de relaxation neutre étaient corrélées à un état de manque subjectif de nourriture. Les taux de HOMA-IR chez les individus obèses étaient également en corrélation avec les réponses neurales au cours de l’état de relaxation neutre, ce qui suggère qu’un état chronique insulino-résistant est associé à une activation persistante dans les régions cérébrales corticolimbiques-striatales, même lorsqu’un signal non alimentaire et des états non stressés (par exemple , pendant les états de repos ou de détente) chez les personnes obèses, et cette relation peut entretenir le besoin impérieux de nourriture et promouvoir un comportement alimentaire au cours des états non marqués ou de base.

La nature transversale de cette étude exclut l'évaluation de la causalité. Des études longitudinales permettraient de déterminer si l'obésité entraîne une augmentation de la réactivité aux signaux alimentaires et au stress dans les régions cérébrales de motivation-récompense ou si les différences neurales et leurs associations avec la résistance à l'insuline sont initialement présentes. La mesure de la résistance à l'insuline à l'aide de HOMA-IR manque de la précision offerte par la technique du clamp euglycémique, bien qu'elle soit étroitement liée à la sensibilité à l'insuline périphérique et largement utilisée dans la recherche et la pratique clinique (). Les niveaux d'insuline et de glucose ont été calculés le matin pour permettre l'évaluation de la sensibilité à l'insuline en utilisant des échantillons de sang à jeun pour le calcul HOMA-IR; les procédures d'imagerie par IRMf ont été réalisées l'après-midi afin que les sujets ne soient ni affamés ni pleins. Dans des études ultérieures, la prise de mesures sanguines immédiatement avant, pendant et après l'IRM pourrait fournir des informations utiles, bien qu'il puisse y avoir des complications potentielles (par exemple, influence possible de la phlébotomie sur les systèmes de réponse au stress). Les échantillons de sang à jeun n'ont pas été obtenus le jour de la séance d'IRMf; ainsi, une relation temporelle entre les paramètres métaboliques et les réponses neuronales ne peut pas être établie et des différences potentielles entre les groupes dans la stabilité des mesures HOMA-IR chez les individus obèses et maigres pourraient éventuellement influencer les corrélations observées dans la présente étude. Cependant, il a été démontré que les mesures HOMA-IR présentaient une variabilité intra et interindividuelle relativement faible chez les obèses non diabétiques () et en surpoids (), et l'insuline et le glucose plasmatiques à l'état d'équilibre se sont révélés stables chez les sujets en bonne santé à un intervalle de 4 (). De plus, les coefficients de variation pour HOMA sont compris entre 7.8 et 11.7% (). Malgré ces limites de l’étude, nos données fournissent la première preuve que la résistance à l’insuline joue un rôle important dans les activations neurales associées aux signaux de prédilection des aliments et au stress, et que ces réponses neurales modulent le besoin impérieux de nourriture chez les personnes obèses. Que la résistance à l'insuline centrale soit un événement primaire ou que les réponses du cerveau changent par suite d'une exposition chronique à l'hyperinsulinémie systémique et que, par conséquent, la régulation à la baisse des récepteurs de l'insuline du système nerveux central reste incertaine; néanmoins, ces résultats ont des implications thérapeutiques potentielles importantes.

Avec l'augmentation substantielle de la prévalence de l'obésité au cours des trois dernières décennies, ces découvertes ont des implications cliniques considérables pour le traitement du dysfonctionnement métabolique et la prévention du diabète de type 2. Les conclusions actuelles indiquent que la résistance à l'insuline dans l'obésité est liée aux mécanismes neuronaux qui régulent les états ou comportements de motivation liés aux aliments, tels que le besoin impérieux de nourriture ou le désir d'obtenir et de manger des aliments. Ces résultats suggèrent que les individus avec ce phénotype métabolique altéré pourraient être à risque de gain de poids continu ou persistant. En outre, comme de nombreuses régions neuronales impliquées sont sous-corticales, nous pensons que le contrôle conscient des comportements alimentaires résultants pourrait se produire chez ces individus obèses, ce qui se traduirait par une perpétuation supplémentaire de l'obésité et de la résistance à l'insuline.

Nous concluons que l'exposition à des scénarios de repas préférés et à des scénarios d'événements stressants favorise l'activation des régions de récompense de la motivation du cerveau ainsi que le besoin de nourriture chez les personnes obèses résistant à l'insuline. Il est intriguant de supposer que la résistance à l'insuline puisse se produire de manière centrale dans l'obésité et contribuer aux motivations dérégulées de consommer des aliments susceptibles de prédisposer les individus à trop manger, produisant un cycle visqueux entraînant un gain de poids. Ainsi, l’étude des effets centraux et des ramifications comportementales des médicaments modifiant la résistance à l’insuline peut permettre de mieux comprendre de nouveaux traitements pour atténuer le besoin impérieux d'aliments très denses et riches en calories.

 

Matériel complémentaire

Données supplémentaires: 

Remerciements

Ce travail a été financé par l'Institut national du diabète et des maladies digestives et rénales / Instituts nationaux de la santé T32 DK07058, Diabète sucré et troubles du métabolisme; T32 DK063703-07, formation en endocrinologie pédiatrique et en recherche sur le diabète; Centre de recherche sur le diabète et l'endocrinologie P30DK045735; et R37-DK20495 et le NIH, feuille de route du Fonds commun pour la recherche médicale, octroient des subventions aux sociétés RL1AA017539, UL1-DE019586, UL1-RR024139 et PL1-DA024859.

Aucun conflit d'intérêt potentiel lié à cet article n'a été signalé.

AMJ a procédé à l'analyse des données, a contribué à l'interprétation des données et a rédigé le manuscrit. SR était responsable de la conception de l'étude, du financement et de la collecte des données; contribué à l'interprétation des données; et a écrit le manuscrit. CL a effectué une analyse des données. DMS a contribué à l'interprétation des données. RSS a contribué à l'interprétation des données et a écrit le manuscrit. MNP était responsable de la conception de l'étude, du financement et de la collecte des données; contribué à l'interprétation des données; et a écrit le manuscrit. MNP est le garant de ce travail et, à ce titre, dispose d’un accès complet à toutes les données de l’étude et assume la responsabilité de l’intégrité des données et de la précision de leur analyse.

Certaines parties de cette étude ont été présentées sous forme abstraite lors des sessions scientifiques 71st de l’American Diabetes Association, San Diego, Californie, 24 – 28 June 2011.

Notes

 

Cet article contient des données supplémentaires en ligne sur http://care.diabetesjournals.org/lookup/suppl/doi:10.2337/dc12-1112/-/DC1.

 

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